杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达stap方法
【专利摘要】本发明公开了一种杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，采用降维稀疏重构技术精确估计主杂波中心频谱的角度-多普勒坐标，进而对不同距离单元的主杂波进行中心配准，以消除各距离单元杂波谱中心未对准带来的距离非平稳性，通过在杂波谱中心点处的一阶泰勒展开式得出斜率并对各距离单元的杂波谱进行补偿，进一步减小非正侧视阵雷达在角度-多普勒平面内杂波轨迹斜率随距离发生变化而使后续STAP性能下降的影响。该方法补偿性能好，且运算量小，极大的提高了运算速度。
【专利说明】杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于机载雷达杂波抑制领域，具体涉及一种杂波空时谱线性补偿的机载非 正侧视阵雷达STAP方法。
【背景技术】
[0002] Brennan和Reed于1973年首次提出了STAP理论，可实现对强杂波的有效抑制和 慢速运动目标的检测。在此基础上，各种背景下的STAP技术不断提出，近几年机载相控阵 雷达自适应杂波抑制的研究也从正侧面转变到非正侧视阵列的研究。非正侧视雷达杂波 谱在角度-多普勒平面内不再呈直线分布，并且随距离变化而变化。如果直接采用距离采 样统计平均来估计杂波协方差矩阵，由于各距离单元的杂波谱在角度-多普勒平面上不重 合，必然会导致STAP滤波器的凹口严重展宽。
[0003] 解决机载非正侧视雷达杂波距离空变特性的主要方法是对杂波谱进行 配准补偿，如多普勒频移（DopplerWarping,DW)补偿，角度多普勒补偿（Angle DopplerCompensation,ADC),自适应角度多普勒补偿（AdaptiveAngleDoppler Compensation,A2DC)等。
[0004] 但是，上述算法的补偿参数一是根据雷达系统参数直接计算，误差下补偿性能比 较差；二是采用基于空时子孔径平滑后的MVDR谱估计补偿系数，但子孔径平滑降低了MVDR 谱分辨率且运算量极大。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵 雷达STAP方法，解决了现有技术中雷达系统参数直接计算，误差下补偿性能比较差，且运 算量极大的问题。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007] 杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，包括如下步骤：
[0008] 步骤1、选取雷达与目标之间有杂波的若干个距离单元，其中，每个距离单元的接 收信号I：；均包括多个脉冲信号；
[0009] 步骤2、对第n个距离单元的接收信号在时间向进行快速傅里叶变换后得到， 利用和波束估计多普勒单元输出最大的多普勒频率fdsen，然后在空间向对信号进行稀疏重 构，采用重心融合法估计稀疏重构后的的空间频率fssen，根据多普勒频率fdsen与空间频率 fsSCn得到主杂波空时谱中心；
[0010] 步骤3、重复步骤2获取所有距离单元接收信号的主杂波空时谱中心，然后按照预 先设定的参考单元对所有距离单元进行二维中心配准补偿，得到所有主杂波空时谱中心配 准补偿后的输出信号，其中，第n个主杂波空时谱中心配准补偿后的输出信号为Cn ;
[0011] 步骤4、对Cn进行一阶斜率配准，首先，获取第n个距离单元的接收信号与预先设 定的参考单元的接收信号之间斜率的改变量Ayn，将Cn中的时域信号转换成多普勒域信 号，获得阵元-多普勒域输出信号，其次，根据△yn及多普勒域信号的频率计算多普勒域的 补偿矢量Snk(ACnk)，然后对阵元-多普勒域输出信号进行一阶斜率补偿得到补偿后的阵 元-多普勒域信号Xron，将Xran中的多普勒域信号转换为脉冲域信号，得到第n个距离单元 的阵兀-脉冲域输出信号；
[0012] 步骤5、重复步骤4,获取所有距离单元的阵元-脉冲域输出信号；
[0013] 步骤6、对步骤5中获得的所有阵元-脉冲域输出信号进行降维STAP处理。
[0014] 所述步骤2中估计最大多普勒单元输出的多普勒频率fdsen具体过程如下：
[0015] 机载非正侧视雷达的接收天线为一个N阵元的均匀线阵，STAP处理的时域脉冲数 为K，可将第n个距离单元接收信号逐脉冲排列成一个NXK维矩阵，即
[0016]
【权利要求】
1. 杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，其特征在于：包括如下步 骤： 步骤1、选取雷达与目标之间有杂波的若干个距离单元，其中，每个距离单元的接收信 号X!均包括多个脉冲信号； 步骤2、对第n个距离单元的接收信号在时间向进行快速傅里叶变换后得到，利用 和波束估计多普勒单元输出最大的多普勒频率fdsen，然后在空间向对信号进行稀疏重构， 采用重心融合法估计稀疏重构后的空间频率fssen，根据多普勒频率fdsen与空间频率fs sen得到主杂波空时谱中心； 步骤3、重复步骤2获取所有距离单元接收信号的主杂波空时谱中心，然后按照预先设 定的参考单元对所有距离单元进行二维中心配准补偿，得到所有主杂波空时谱中心配准补 偿后的输出信号，其中，第n个主杂波空时谱中心配准补偿后的输出信号为Cn; 步骤4、对Cn进行一阶斜率配准，首先，获取第n个距离单元的接收信号与预先设定的 参考单元的接收信号之间斜率的改变量△ yn，将Cn中的时域信号转换成多普勒域信号，获 得阵元-多普勒域输出信号，其次，根据Ayn及多普勒域信号的频率计算多普勒域的补偿 矢量Sn k( A Cnk)，然后对阵元-多普勒域输出信号进行一阶斜率补偿得到补偿后的阵元-多 普勒域信号Xron，将Xron中的多普勒域信号转换为脉冲域信号，得到第n个距离单元的阵 兀-脉冲域输出信号； 步骤5、重复步骤4,获取所有距离单元的阵元-脉冲域输出信号； 步骤6、对步骤5中获得的所有阵元-脉冲域输出信号进行降维STAP处理。
2. 根据权利要求1所述的杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，其特 征在于：所述步骤2中估计最大多普勒单元输出的多普勒频率fdsen具体过程如下： 机载非正侧视雷达的接收天线为一个N阵元的均匀线阵，STAP处理的时域脉冲数为K， 可将第n个距离单元接收信号逐脉冲排列成一个NXK维矩阵，即 其中Sn i为该距离单元在第i个脉冲各阵元接收信号矢，i为小于等于K的自然数；经 发射、接收波束天线方向图双程调制后，对和波束信号进行快速傅里叶变换得到多普勒单 元和波束输出信号，即 Dn = [Dn I Dn 2 …Dn K] 其中，Dn ,为该距离单元第i个多普勒单元和波束输出信号；比较所有的多普勒单元和 波束信号的输出频率，得到输出频率最大的多普勒单元的多普勒频率fdsen。
3. 根据权利要求1所述的杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，其特 征在于：所述步骤2中对接收信号在时间向傅里叶变换，然后在空间向进行稀疏重构，估计 稀疏重构后的最大的多普勒单元输出的空间频率fssen的具体过程如下： 其中，对接收信号在空间向进行稀疏重构，采用如下公式：
其中，Il ? II1Si1范数运算，N ? Il2为I2范数运算，Ms为由空域导引矢量构成的一 组超完备基，A1 _为第n个距离单元的接收信号最大多普勒单元输出信号，〇 d_ n为第n 个距离单元的接收信号最大多普勒单元在空间频率域的幅度分布，e i为允许误差； 估计稀疏重构后的最大的多普勒单元输出的空间频率fssen采用如下公式：
其中〇 d__n为第n个距离单元的接收信号最大多普勒单元稀疏重构获得的幅度输出， Ns为〇 dmax_n中的非零空间频率单元数，〇 dmaxjU为在〇 dmax_n中第i个非零空间频率单元的 输出幅度值，fSmaxn^为该空间频率单元对应的空间频率值。
4. 根据权利要求1所述的杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，其特 征在于：所述步骤3中Cn采用如下公式计算，& = ，其中为主杂波多普勒频 率补偿因子，Ln为空间频率补偿因子，第1个距离单元接收信号。
5. 根据权利要求1所述的杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，其特 征在于：所述步骤4中A yn采用如下公式： Ayn = YnI1，其中yn为第n个距离单元的接收信号主杂波空时谱轨迹的一阶斜率， yi 为参考单元主杂波空时谱的一阶斜率，
[为利用一阶泰勒展开从 ncrP到％+p个多普勒单元进行主杂波空时谱轨迹一阶斜率提取运算，其中Iitl为第n个距离 单元的接收信号主杂波空时谱中心坐标对应的多普勒单元序号，P为选取的主杂波多普勒 单元分布范围，fdi为第i个多普勒单元主杂波空时谱的多普勒频率值，ri(fSi)为稀疏重 构后第i个多普勒单元主杂波空时谱中心的空间频率值。
6. 根据权利要求1所述的杂波空时谱线性补偿的机载非正侧视阵雷达STAP方法，其特 征在于：所述步骤4中多普勒域的补偿矢量采用如下公式计算：
其中，d为阵元间距，A为雷达波长，ACnk为第n个距离单元的接收信号中第k个多普 勒单元的空间频率补偿差，ACnk= Ayn* (fu-fu)，fd，k为第n个距离单元的接收信号中 第k个多普勒单元的空间频率，fu为参考单元的接收信号主杂波中心处的多普勒频率。
【文档编号】G01S7/36GK104345300SQ201410596359
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】沈明威, 王杰, 胡佩, 于佳, 杨柳 申请人:河海大学